开放式工程训练教学模式探索

韩同样, 刘志明, 张若达, 孔繁证

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院, 北京　100044)



开放式工程训练教学模式探索

韩同样, 刘志明, 张若达, 孔繁证

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院, 北京100044)

简述了开放式工程训练是现代工程发展、创新人才培养的需要,探索了工程训练基于教学平台、竞赛、模块、选修和OBE开放式教学模式,开展以学生为中心的开放式工程训练,促进了学生个性发展,扩大了学生工程训练的自由度与受益面。

工程训练； 开放式； 教学模式； OBE

现代工程的科学性、社会性、实践性、创新性、复杂性特点日益突出,工作内容也在不断扩展。因此,工程训练要适应社会发展的需要,改革教学模式,加强对大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神的培养,培育创新型、综合型的工程人才。要真正完成这一任务,达到预期的目的,工程训练必须实施开放式教学模式[1-6]。

开放式工程训练教学模式也与国际工程教育认证所倡导的理念一致。开放式工程训练强调的是以学生为中心开展实践教学,给学生更大的自由度。国际工程教育认证强调的是基于学习产出的教育模式(Outcomes based education,OBE)的实践。产出导向是国际工程教育倡导的一种先进理念,强调工程教育认证应关注“教育产出”(学生学到什么),而非“教育输入”(教师教了什么)[7]，因而教育产出是工程教育认证考察的一个重点。

工程训练引入OBE教育模式,探索以学习产出为导向的工程训练教学模式,为培养创新型工程人才提供平台。工程训练必须实施开放式模式和运行机制,加强对大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神的培养[8-12]。本文依托北京交通大学实验室研究课题“工程训练开放模式与运行机制的研究”,探讨了工程训练开放式教学模式。

1　基于教学平台开放式教学模式

北京交通大学工程训练中心通过整合设备资源、改革现有管理和运行模式,将数控车床、数控铣床、数控雕铣机、数控点火花线切割等进行集成化管理,统一安排教学、合理调配资源、建设数控教学大平台,利用设备的共性和互补性,提高设备的利用率。

重组教学内容、实施大类教学。打破工种的界限,将教学内容进行共性和个性的分类,共性的内容以数控车床为主要载体,统一讲解，如原来各工种都要讲的数控机床的工作原理、工艺过程、加工程序的编制、输入方法和安全操作规程等,统一到数控车床来讲解,实际操作也以数控车床为主,充分利用数控车床数量多的优势。同时在数控车床安装了投影设备和大屏幕,使每个学生都能清楚地看到指导教师的操作与机床的演示。学生到其他数控机床训练时,再分别讲解该种数控机床的个性和要点，避免了重复,节省了时间,给学生更多的自由发挥的空间。

基于数控平台建设,实行开放式教学,集中与分散相结合、课内与课外相结合灵活多样的运行管理模式。在集中讲授与演示后,教师进行解惑与质疑。学生自己设计零件,自己编写工艺、手工编程,自己选择一种或几种机床进行操作,完成数控实习。不要求学生每个机床都必须操作,数控实训课统一打分,不再分工种打分。这样解决了训练时间和机床有限的矛盾,避免了过去每个机床都走一遍,走马观花式地实习。课内时间无法安排加工时,另约课外时间进行加工,给学生更大的自由度,让学生真正体会“做中学”的乐趣,充分发挥工程训练在培养学生创新能力、动手操作能力和工程实践能力的独特功能和作用。

2　基于选修课开放式教学模式

为扩大学生的受益面,利用数控雕铣机开设了“艺术造型与雕铣制作”全校选修课,实施开放式教学,学生自主训练。雕铣制作室和机房全天候开放,学生可以充分利用空暇时间自主学习使用ArtCAM设计软件进行浮雕的设计、选择工艺路线、进行成本估算、自己操作数控雕铣机加工。在开放式教学中，教师只给予必要讲解与示范,通过教师答疑与质疑完成整个设计与雕铣制作,大大激发了学生自身的创新潜能和创新思维。如果按常规组织教学,每学期只能接待20人上课。实行开放式教学,每学期可接待100名学生,扩大了学生的受益面。图1是学生雕铣制作的部分作品。

图1　学生雕铣制作的部分作品

有学生经历开放式教学后在感言中写道:首先,它是一个开放式课程,实验室全天开放,什么时候有时间都可以去上课,充分调动了上课的积极性,使头脑中想象的东西成为现实,充分激发了学习兴趣。其次,上这门课有耳目一新的感觉,真正地做到了让我学会进行对刀等基本操作,让我看到了工业加工的严谨性,同时也让我尝到了实际操作的乐趣。再次,我觉得人就是在不断地接受新的事物,每接受一项新的事物,对他来说,都是一种思维上的挑战、一种思想上的升华。通过这门课程的学习,让我的视野开阔了,感受到了先进制造技术的魅力,让我重新定义了对机电或机械专业的看法,让我喜欢上了机械这个行业。

3　基于竞赛的开放式教学模式

结合工程训练竞赛、机械创新大赛、机器人大赛、大学生创新大赛等赛事,开展开放式教学模式。以全国大学生工程训练综合能力竞赛为例,它是基于国内各高校综合性工程训练教学平台,为深化实验教学改革,提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神,促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动。这项比赛本身就需要对工程训练中心实行开放式运行模式,以保证学生加工、组装和调试的需要。

通过组织学生参加工程训练竞赛,将工程训练与竞赛有机融合的,在完成基本训练的前提下,完成竞赛作品的设计、制作、装配与调试,其竞赛作品纳入训练考核项目。通过这种以训练为基础、以竞赛为导向的训练,全面提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神，同时,通过参赛,与其他高校学生进行交流,开阔了学生的视野。

2012年北京市大学生工程训练竞赛期间,工程训练中心实行了全天开放,白天和晚上都有教师值班,全天候指导参赛学生设计、加工、组装、调试和撰写设计报告、编写工艺文件等。训练与竞赛进行有机结合,既保证了工程训练的内容,又保证了学生参赛作品的完成,参赛的4个队全部取得了北京市二等奖。

将竞赛与训练有机融合,设计了“自主选题-自行设计-自编工艺—自己制作—小组组装-产品自我评价”六段运行模式,完成从概念到设计到产品的全开放学习过程。向学生提供自主学习、交互学习和研究学习的创新实践运行平台。强调学生个性发展,培养较强的工程意识、动手能力和创新能力,使工程训练成为“实践性最强”“自由度最大”的课程。

4　基于模块化开放式教学模式

从工程训练内容的角度出发,按传统与现代、基础与创新、机电结合、常规和特种、热与冷、成形与切削、手工与机器、人工与数控等不同领域、范畴、方法和特点,适合于机类、非机类、近机类等不同专业的不同要求,构建起内容丰富、层次分明的多个工程训练与创新训练模块,方便学生自由选择,实施开放式教学。

为了适应选课系统的要求,在以上大模块基础上,又进行了细化,以车削训练模块为例:在“工程训练A”中,车削训练共3天,将教学内容分为外圆加工、内孔加工、螺纹加工3个模块,每个模块又包含若干小模块,如在外圆加工模块中,又分为拉伸试件、阶梯轴和锥齿轮3个小模块,进行车削设备、工具的正确使用和车削工艺的基本训练。完成1个模块后,转入下1个模块训练。一周每天的实习内容完全一致,学生实习中发生课程冲突,可以提前与教师联系,更换实习时间,条件允许时也可以实现半天更换，方便了学生的选课需求。我们正在进一步努力,实现与教务处选课系统对接,完全可以按模块选课。学生可以充分利用白天和工作日进行工程训练,提高了训练效果。以前工程训练多安排在晚上和双休日,与学生课外活动冲突,既影响实习效果,也影响学生的全面发展。

5　基于OBE开放式教学模式

在工程训练焊接实习中,引入OBE教学模式,强调以学生为中心进行教学,以学生学到什么为导向,激发学生实习的兴趣。学生自主设计实习作品、自己动手制作作品，教师只根据学生作品加工需要给予必要安全讲解、答疑和操作演示。通过学生自创作品的过程,完成工程训练焊接实习。学生非常认真、仔细，解决了以前焊接实习单调乏味,指导教师需要准备大量焊接材料,训练后扔掉的现象。由于以前焊接实训的作品都是废品,学生对焊接训练反应是内容单调、乏味,因而对实习投入少、认真程度较低。

采用自创作品,不仅提高了学生对焊接训练的兴趣,而且同一件作品,学生可以设计出用不同加工工艺,焊接训练时学生用铁丝、铁片等弯曲成型,再用气焊或电焊连接,也可以用焊条直接焊接成型；同时,有的学生设计了线切割程序,用电火花加工，还有的学生用数控铣床、数控雕铣机加工。图2为学生自创焊接作品。

图2　学生自创焊接作品

在学生自制作品中教师适时引导学生,分析不同加工工艺特点、成型原理、材料选用、成本核算等，使学生在训练中学到了一个作品设计、材料选择、工艺选择、成本核算等,而不是仅仅讲解了几种焊接方法,体现了基于学习产出(OBE)的开放式教学模式。

6　结语

通过对教学内容和环节进行梳理,实施共性与个性的教育相结合,探索工程训练基于平台、竞赛、模块、选修和OBE的开放式教学模式，激发了学生的学习兴趣,扩大了学生的受益面,提升了学生创新能力,积累了一定的经验。但还需要进一步关注教育产出、转变教学观念、修订教学大纲、优化教学内容、持续改进教学方式,探索适应开放式工程训练的长效运行机制,持续改进以学生为中心的开放式训练模式,不断提升学生实践能力、创新能力和自主学习能力。

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Exploration of opening engineering training teaching mode

Han Tongyang, Liu Zhiming, Zhang Ruoda, Kong Fanzheng

(School of Mechanical,Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

This paper briefly introduces that the opening engineering training is the need of modern engineering development and the innovation talent training,The open teaching mode is explored based on the engineering practice teaching platform,contests,module,courses and OBE. The student-centered open engineering training is carried out,the students’ individual character development is promoted, and the students’ engineering training freedom and benefited range have been enlarged.

engineering training; opening; teaching mode; OBE

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.003

2016-01-27

北京交通大学实验室与设备管理处研究项目(13060201)

韩同样(1965—)，男，山东莒南， 硕士，高级实验师，主要从事工程实践教学

E-mail：tyhan@bjtu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)7-0008-03

实验室创新